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Geisenheimer Professoren forschen auch auf dem Gebiet der Mathematik für die Praxis – hier ein Beispiel von Prof. Dr. Kai Vellten.

Wiesbadener-Kurier, 12.5.2010, von Parik Körber

http://www.main-spitze.de/region/hochschulen/wiesbaden/8885896.htm


FORSCHUNG Zwei Doktoranden der Hochschule in Geisenheim arbeiten an Strömungsmodellen/ „Angewandte Mathematik“ wird neues Fach

Die Aufgabenstellung klingt eigentlich ganz einfach: Das Spülwasser muss rein in die Mehrweg-Flasche und wieder raus. Gut gereinigt müssen die Flaschen sein, die als Pfandgut wieder mit Bier, Wasser, Limonade und anderen Getränken befüllt werden.

Doch so einfach ist das Ganze auch wieder nicht, ganz im Gegenteil. Getränkefirmen geben hunderttausende Euro aus, um den effektivsten Weg zu finden, wie eine Flasche gespült werden kann. Und hier leisten zwei Doktoranden der Hochschule RheinMain am Standort Geisenheim ihren Beitrag: Friedrich Geiger und Claus Meister.

Jeden „Winkel“ säubern

Die Doktorarbeit von Friedrich Geiger beschäftigt sich nämlich mit der Frage, wie das Wasser eingespritzt werden muss, damit es einerseits schnell geht, aber dennoch jeder „Winkel“ in der Flasche gesäubert wird. Die andere Arbeit von Claus Meister ist die logische Ergänzung und berechnet, wie das Spülwasser so schnell wie möglich wieder aus der Falsche herauskommt.

Der Mathematik-Professor Kai Velten bringt das Problem auf den Punkt: „Umso mehr Wasser ich einspritze, desto langsamer fließt es heraus.“ Und heute käme es darauf an, Flaschen in Höchstgeschwindigkeit, mit möglichst wenig Wasser und möglichst kleinen Maschinen zu spülen. Für eine Software, die das berechnet gäben Unternehmen schon mal eine halbe Million Euro aus. Doch die beiden Doktoranden Geiger und Meister entwickeln eine Null-Euro-Lösung. Der Kern ihrer Promotion ist, sogenannte Open-Source-Programme zusammenzuführen und weiterzuentwickeln. Auf die lizenzfreien Open-Source-Programme kann jeder kostenlos zugreifen und sie weiterentwickeln.

Eine „immense wirtschaftliche Bedeutung“, spricht Velten den beiden Forschungsarbeiten zu. Denn schließlich kosten Open Source-Programme die Getränkehersteller nichts.

Vor allem sparen Programme, die die Strömung des Spülwassers in der Flasche simulieren, kosten- und zeitaufwändige Versuche ein. Ergebnis der Simulationen und Modellrechnungen kann auch eine ganz neue Bierflasche sein, eine, die sich superschnell spülen lässt. „Wir schaffen die Möglichkeit, diese Flasche zu entwickeln“, sagt Velten.

Die Anwendung für die Getränkeindustrie ist nur ein Beispiel für die Anwendung von Strömungssimulationen. Auch bei der Aerodynamik, etwa im Automobilbau, spielt die Windströmung eine wichtige Rolle, weil sie Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch hat.

Die beiden Doktorarbeiten im Fachbereich zeigen, dass das Thema Forschung längst an der Hochschule RheinMain angekommen ist. Die beiden Diplom-Ingenieure Geiger und Meister sind zwei von insgesamt 70 Doktoranden, die an der Fachhochschule betreut werden. Im Falle der beiden Geisenheimer Nachwuchswissenschafler wird die Promotion erst durch eine Zusammenarbeit mit der Technischen Universität in Berlin – im Studiengang Brauereiwesen – möglich. Fachhochschulen dürfen keine Promotionen erteilen. „Wir wünschen uns das Promotionsrecht“, sagt Mathematik-Professor Velten.“

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Internetseite
Am 11.11.2009 wurde im Rahmen einer Veranstaltung der Campus Geisenheim GmbH ein Buch vorgestellt, das der Geisenheimer Professor Kai Velten geschrieben hat. Das englischsprachige Buch mit dem Titel „Mathematical Modeling and Simulation“ ist 2009 im international renommierten Wiley-VCH-Verlag erschienen, und es wird seit diesem Jahr in der naturwissenschaftlichen Grundausbildung aller Geisenheimer Studiengänge eingesetzt.

Wie der Campus-Manager am Campus Geisenheim, Robert Lönarz, in seinen einleitenden Worten feststellte, belegt dieses international publizierte Buch die Anerkennung, die die Geisenheimer Kurse in aller Welt finden. Vor allem aber, so Lönarz, zeigt dieses Buch, dass am Campus Geisenheim modernste Methoden in der Ausbildung der Studenten angewendet werden. Während an vielen anderen Hochschulen weltweit immer noch kommerzielle Berechnungssoftware eingesetzt wird, die für die Studenten, die Hochschulen und die Industrie erhebliche Kosten verursacht, werden die Geisenheimer Studierenden anhand des neuen Buchs mit sogenannter Open-Source-Berechnungssoftware ausgebildet. Diese Berechnungssoftware ist für die Studierenden, die Hochschulen und die Industrie kostenlos erhältlich.

Wie Herr Velten dann in seiner Buchvorstellung erläuterte, können die Studenten mit diesem Ansatz auf einem Niveau ausgebildet werden, das mit kommerzieller Software nicht finanzierbar wäre. Jeder Geisenheimer Student kann sich seit dem laufenden Wintersemester 2009 im Internet
eine Software DVD-laden, deren kommerzieller Wert weit über 15.000 € liegt. Damit wird jedem Geisenheimer Studierendenjahrgang, so Velten,professioneller Berechnungssoftware im Wert von über 3,75 Mio € zur Verfügung gestellt.

Diese Software kann von den Studierenden auch nach Abschluss des Studiums uneingeschränkt im Beruf weiter genutzt werden. „Damit unterstützen Geisenheimer Absolventen die Industrie in einem Umfang von mindestens 3,75 Mio € pro Jahr“, so Velten. Gerade in wirtschaftlich
schwierigen Zeiten sei dies ein wichtiger Aspekt, der Geisenheimer Absolventen im Vergleich mit Absolventen anderer Hochschulen eine bessere Ausgangsposition verschaffen könne.

Open-Source-Software ist Software, die beliebig und kostenlos kopiert, verbreitet und genutzt werden darf. Am bekanntesten ist das „OpenOffice“-Paket, das eine Alternative zum kommerziellen „Office“-Paket der Firma Microsoft (u.a. Word, Excel usw.) darstellt. Die „OpenOffice“ Software ist schon weit verbreitet und wird von großen Institutionen wie etwa der Stadtverwaltung München genutzt. Im Bereich der für Ingenieuranwendungen wichtigen Berechnungssoftware, so Velten, kann heute ebenfalls in vielen Fällen kommerzielle Software durch kostenlose Open-Source-Software ersetzt werden. Das Buch beschreibt kostenlose Softwarelösungen für einfache Berechnungsprobleme, die mit Tabellenkalkulationsprogrammen erledigt werden können, bis hin zu kostenlosen Lösungen für komplexe Computersimulationsanwendungen.

Neben der Beschreibung von Softwarelösungen beinhaltet das Buch von Velten auch eine Einführung in die Technik der „mathematischen Modellierung“, die für alle Geisenheimer Studiengänge wichtig ist. Ziel der mathematischen Modellierung ist es, so Velten, technische Probleme zunächst mathematisch zu beschreiben, um sie dann in der Regel durch Berechnungssoftware zu lösen. Der Vortrag illustrierte die Anwendung der mathematischen Modellierung mit einer ganzen Reihe von Beispielen aus dem Buch (u.a. Computersimulationen von Weingärung, Pflanzenwachstum, Schadstofftransport im Boden, Strömungssimulationen usw.).

Velten betonte abschließend die rasant wachsende Bedeutung von mathematischen Modellen, Computersimulationen und Open-Source-Software im technischen Bereich: „Mit diesem Ausbildungskonzept bereiten wir unsere Studenten auf die Herausforderungen des 21. Jahrhunderts vor“. Mit einem Seitenblick auf den neuen Weinbaustudiengang in Rheinland-Pfalz beendete Velten seinen Vortrag: „Wir stellen uns gerade auch im Bereich der naturwissenschaftlich-technischen Ausbildung mit großer Zuversicht dem Wettbewerb mit den anderen Hochschulen.“

Weitere Informationen zur Buchvorstellung im Internet: sites.google.com/site/buchvelten

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